La solución (total) a una relación de recurrencia lineal con coeficientes constantes es la suma de dos partes, la solución homogénea que satisface la ecuación en diferencias (relación de recurrencias), cuando el lado derecho de la ecuación se hace cero y la solución particular, que satisface la ecuación en diferencias con f(r) en el lado derecho. En otras palabras la función numérica discreta que es solución de la ecuación en diferencias es la suma de dos funciones numéricas discretas una es la solución homogénea y otra es la solución particular.
Sean: la solución
homogénea y
la solución
particular a la ecuación en diferencias. Puesto que:
y
Tenemos que:
La solución
satisface la ecuación en diferencias (relación de recurrencias).
Una solución homogénea para la ecuación
de recurrencia lineal con coeficientes constantes de la forma: ,
donde
se conoce como una raíz
característica y A es una constante determinada por los valores
iniciales. Si sustituimos
por ar
en la ecuación de recurrencia con el lado derecho de la ecuación
igual a cero, obtenemos:
La ecuación puede simplificarse como:
la cual se conoce como ecuación característica
de la ecuación de recurrencia. Por lo tanto si
es una de las raíces de la ecuación caracteríistica (ésta
es la razón de que
se llame
raíz característica),
es una solución homogénea de la ecuación de recurrencia.
Una ecuación característica de k-ésimo grado tiene k raíces caracter´siticas. Supongamos que las raíces de la ecuación característica son todas distintas. En este caso sencillo
También es una solución homogénea de la ecuación de recurrencia donde:
son las distintas raíces características y los A1, A2, ..., Ak son constantes que están determinados por los valores iniciales.
Ejemplo:
Consideremos de nuevo la sucesión de Fibonacci. La
relación de recurrencia lineal con coeficientes constantes homogénea
de segundo orden para la sucesión de Fibonacci es
ar = ar-1 - ar-2
La correspondiente ecuación caracteríitica es
La cual tiene dos raíces distintas
De lo cual se obtiene que
es una solución homogénea donde las dos constantes A1 y A2 serán determinados a partir de las condiciones iniciales ao = 1 y a1 = 1.
Ejemplo:
Considerese la siguiente relación de recurrencia
La ecuación característica es
Así
es una solución homogénea ya que -2 es una raíz característica tripe.
Este solución viene de la siguiente observación:
Supongamos que algunas de las raíces de la ecuación
característica son raíces multiples. Sea
una ráiz de multiplicidad m. La correspondiente solución
homogénea es:
donde las constantes Ai serán determinadas por las condiciones iniciales.
Ejemplo:
Sea la ecuación de recurrencia:
La ecuación característica es:
Las raíces características son ½, ½ y 4. Enconsecuencia la solución homogénea es: